Farbqualität bei Aufnahme und Wiedergabe im Fernsehen

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Einige Anmerkungen zur Farbqualität bei Aufnahme und Wiedergabe im Fernsehen von Prof. Dietrich Sauter

Auf der Cinec 2016 referierte Prof. Dr. Quoc Khanh über „Farbbildqualität mit LED-Beleuchtung und Digitalkamera und die weitere Entwicklung der Farbmetrik unter UHD-Einfluss“. Der interessante Vortrag zeigte aber auch auf, wie wichtig es ist, sich mit dem Thema Farbmetrik zu beschäftigen, um Missverständnisse und falsche Schlüsse zu vermeiden. Deshalb hier einige Anmerkungen bzw. ein kleiner Nachtrag dazu, nicht zuletzt weil gerade in einigen neueren Veröffentlichungen bzw. Vorträgen doch nach wie vor „sehr locker“ darüber kommuniziert wird.

Gleichabständige Farbräume erklärungsbedürftig

Um die Farbwiedergabe zum Beispiel auf Farbdisplays miteinander vergleichen oder die Verbesserungen gegenüber Vorgängerentwicklung technisch darstellen zu können, benutzt man Farbraumdarstellungen. Aber viele Vortragende wählen für die Darstellung der Farbwiedergabemöglichkeiten das Diagramm CIE-1931 (Schuhsohle) (Bild 1). Die Diagramme CIE-u-v-1960 bzw. 1964 (Bild 2) und die Farbraumdarstellung CIE-Lab-1976 (Bild 3) sind hingegen die immer wieder verbesserten  Darstellungen für die Gleichabständigkeit (siehe Mac-Adam-Ellipsen).

Der Grund für die Wahl des „alten Diagramms“ für Firmenpräsentationen zum Beispiel ist einfach. Die erreichten Verbesserungen im Grünbereich im Diagramm CIE-1931 schauen deutlich besser aus. Tatsächlich entsteht aber ein falscher Eindruck. Mit den neuen Diagrammen zur Gleichabständigkeit kann die Farbwiedergabe indessen viel plausibler erklärt werden.

Farbwiedergabe nach DIN 6169

Auch zum Farbwiedergabe-Index nach DIN 6169 aus den Jahren 1996 und die Kritik dazu wurden Erläuterungen abgegeben, die einige Aufsätze der letzten Tage zu diesem Thema in Frage stellen. Es wird der Ra-Wert oft mit dem TLCI (Television Lighting Consistency Index) [1] verwechselt oder was besonders schlimm ist mit ihm gleich gesetzt.

Der Farbwiedergabe-Index ist aber nicht das einzige Kriterium für die Merkmale der Farbqualität. Neben der Farbwiedergabe werden der Farbgamut und die Farbpräferenz sowie die Natürlichkeit eingeführt (Die Farbpräferenz ist eine subjektiv-emotionelle Bewertung des Beobachters bzw. der Beobachterin darüber, ob ihm bzw. ihr die aktuelle Farberscheinung eines farbigen Objektes unter einer aktuellen Testlichtquelle – objekt-, beobachter- und situationsabhängig – gefällt, somit ist die so definierte Farbpräferenz eine Lichtquellen-Eigenschaft.)

Farbenvergleich mit erweiterten Farbtafeln

Weitere Metriken für die Farbwiedergabegüte sind TM 30-15 (IES 2015) und 99 IES-Farben [7]. „Aus den 99 Farben, beleuchtet mit der Testlichtquelle und Referenzlichtquelle, berechnet man die Attribute J‘( Helligkeit) a‘ b  (für die rot-grünen und blau-gelben Anteile in der jeweiligen Farbe) im Farbraum CIECAM02-UCS und mit der spektralen Normfarbwertfunktion x-y-z für 10° (1964), woraus man die Farbdifferenz, die Farbwiedergabe Rf und Farbgamut Rg berechnen kann“ (Prof. Khanh, Cinec 2016).

Mit diesen erweiterten Farbtafeln kann die Farbwiedergabe besser und objektiver gemessen werden. Der Vorschlag von Prof. Khanh stellt eine weitere Verbesserung der Definition der Farbwiedergabe dar und sollte sofort eingeführt werden (Bild 6). Doch bei Scheinwerferfirmen ist man sich mit der Bewertung der Farbwiedergabe eher bei DIN 6169.

TLCI

TLCI, der EBU-Vorschlag aus dem Jahre 2012 berücksichtigt ausschließlich die ideale Studiokamera (Bilder 8 und 13) mit 3 CCDs und einem 1.4-Prisma. Der TLCI, der in seiner rudimentären Form bereits in den Jahren 1968 bis 1972 vom IRT [2] (Bild 7) vorgeschlagen wurde als Derivat des Ri nach DIN 6169 [3]. Dabei wurden die Aufnahmekurven der Kameras verschiedener Hersteller in das Verfahren eingeführt. Die Standard-EBU-Kamera (Bild 6) war eine Option von vielen. Das IRT hatte verschiedene Kameras in die Berechnung einbezogen, da die Sollkurven meistens nicht erreicht wurden. Der TLCI (Bild 8) ist durch die Festlegung auf 3-Chip-Kameras für die meisten  Kameras in Film und auch in TV nicht anwendbar. Die sehr verschiedenen Kameraaufnahmekurzen von 1-Chip-Kameras sind in Bild 9 und 12 zu sehen.

BT2020 und Rec. 709

Die Farbräume in Fernsehen wurden immer wieder verändert. Bild 11 zeigt die wichtigsten Wiedergabephosphore. Der neueste Vorschlag nach BT 2020 [4] ist nicht notwendig, da die in der Natur vorkommenden Farben auch durch Rec 709 [5] bzw. P3 nach DCI [6] gut wiedergegeben werden (Bild 10).

Farbwiedergaben verschiedener Geräte

Die Leuchtdichte neuerer  Fernsehgeräte für die Wiedergabe im Wohnzimmer beträgt nach Herstellerangaben heute zwischen 300 und 750 cd/m2. Die Leuchtdichte der Profi-Geräte liegt nach wie vor bei 80 bis 100 cd/m2. Bei 4k werden nun ein erweiterter Farbraum (ITU-R BT. 2020) und ein höherer Kontrastumfang gefordert, bei den nicht definierten und auch nicht definierbaren Umgebungen verschiedener Wohnzimmer würde die Anpassung an das Kino nach DCI (P3-Wiedergabeva­lenzen) ausreichen. Ein anzustrebender Kontrastumfang größer 500:1 ist im Wohnzimmer nicht zu erreichen, da der Zuseher nicht im Finstern sitzen will, also ist der Kontrastumfang, wie er durch HDR angestrebt wird, für den Kunden zu Hause nicht wirksam.

Experimente mit einem 8-Kanal-LED-Beleuchtungssystem zur Optimierung der Farbqualität. Moderne LED-Leuchten sind multicolored-(Mehrfarben-)Systeme (Bild 12). Die Lichtausbeute liegt zwischen 62 und 88 lm/W (Bild 13). Die Farbwiedergabeeigenschaften sind bei einem Ra = 94 in einem sehr guten Bereich (Bild 14).

Was die Optimierung der Farbbildqualität von High-End-Digitalkameras bei Objektbeleuchtung mit LEDs anbelangt, so gibt es ein jüngst beschriebenes Verfahren für Filmschaffende zur Optimierung der Farbsättigung (Bild 4 und 15). Das Modell sieht vor, dass nach der  Ausleuchtung der Szene nach dem Willen des Kameramanns und/oder des Beleuchters, die notwendigen Einstellungen in der Kamera direkt vorgenommen werden (Bild 6) und damit keine zeitraubenden Voreinstellungen und Tests notwendig werden. Das Verfahren ist bei den komplizierten Menüs der digitalen Kameras sicher erfolgreich.

Bild 15: Gesamtsystem


Schrifttum

  • [1] EBU TECH 3355
  • [2] Institut für Rundfunktechnik GmbH München
  • [3]  IRT blauer Bericht Nr. 201/1970 - RTM14 (1970) /2 Seiten 93-100
  • [4] ITU-R BT. 2020
  • [5] ITU-R BT. 709
  • [6] DCI Digital Cinema Initiatives
  • [7] Kahn T. Q., Bogrodi P.,Vinh T.Q., Brückner S., Farbwiedergabe von konventionellen und Halbleiter-Lichtquellen, Richard Pflaum Verlag ISBN: 978-3-7905-103-4

Literatur

Cinec 2016 im Begleitprogramm:

Weiterentwicklung der LED-Technik
Erwin Melzner, ARRI

Qualitätsüberwachung in der Produktion
Prof. Tran Quoc Khanh, TU Darmstadt

Augenphysiologie: Was sieht der Zuseher zu Hause wirklich?
Prof. Dietrich Sauter, Regionalleitung München der Fernseh- und Kinotech­nischen Gesellschaft (FKTG)

Standards - Aufnahme - Verteilung - Sendung
Dr. Rainer Schäfer, Institut für Rundfunktechnik GmbH

Wiedergabetechnik der Displays
Prof. Dr. Frühauf, Universität Stuttgart

Farbwiedergabe beim Fernsehen im Wohnzimmer
Prof. Dietrich Sauter, Regionalleitung München der Fernseh- und Kinotech­nischen Gesellschaft (FKTG) in www.FKTG.org

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